
【化】 total reflection
全反射(Total Internal Reflection)是光學領域的重要物理現象,指光從光密介質(如玻璃或水)射向光疏介質(如空氣)時,當入射角超過臨界角後,光線完全被反射回原介質的現象。該術語在漢英詞典中對應英文翻譯為"total internal reflection"(來源:《現代漢英綜合大詞典》電子版),其核心特征包含:
發生條件
需同時滿足兩個條件:① 光從折射率較高的介質(n₁)傳播至折射率較低的介質(n₂);② 入射角θ₁大于臨界角θ_c。臨界角計算公式為: $$ θ_c = arcsinleft(frac{n_2}{n_1}right) $$ (來源:Halliday《物理學基礎》第11版)
物理特性
全反射過程中無折射光産生,反射光能量等于入射光能量(來源:中國科學技術大學《光學原理》公開課)。這一特性區别于普通反射現象,其反射率可通過菲涅爾公式推導得出。
應用場景
① 光纖通信:利用全反射實現光信號低損耗傳輸(來源:《光纖通信系統》John M. Senior著);
② 内窺鏡成像:通過玻璃纖維束傳導圖像(來源:Nature Reviews Physics期刊);
③ 鑽石切割工藝:通過設計刻面角度增強全反射效果,提升寶石閃耀度(來源:美國寶石學院GIA官網)。
該現象最早由法國數學家Augustin-Jean Fresnel在1823年通過波動理論完整解釋(來源:《大英百科全書》"Optics"詞條)。當前研究聚焦于超材料中的反常全反射效應及其在光子器件中的應用(來源:Physical Review Letters 2024年刊)。
全反射是光學中的一種現象,指光從光密介質(折射率較高的介質,如玻璃)進入光疏介質(折射率較低的介質,如空氣)時,當入射角超過臨界角,光線全部被反射回原介質的現象。以下是詳細解釋:
全反射發生在兩種介質的交界處。當光從光密介質射向光疏介質,且入射角大于或等于臨界角時,折射光消失,所有光線被反射回原介質。例如,光線從水中射向空氣時,若角度足夠大,水面會像鏡子一樣完全反射光線。
臨界角(theta_c)可通過以下公式計算: $$ sintheta_c = frac{n_2}{n_1} $$ 其中,(n_1)為光密介質的折射率,(n_2)為光疏介質的折射率。例如,玻璃((n_1=1.5))到空氣((n_2=1.0))的臨界角約為41°。
全反射時,折射光的能量為零,入射光能量完全轉化為反射光能量。這種現象避免了光能損失,因此在光纖通信、光學儀器(如顯微鏡物鏡)中有重要應用。
全反射會伴隨隱矢波(或隱失場)的産生:光波在光疏介質中短暫存在并迅速衰減,傳播距離約為波長量級(百納米級)。
全反射是光在特定條件下完全反射回原介質的現象,其核心在于臨界角與介質折射率的關系。更多細節可參考光學教材或專業百科(如)。
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